Bibliographie & annexes
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RÉSUMÉ
Le coefficient thermique de résistivité est incontestablement le paramètre qui définit le mieux un corps métallique. Cet article présente et commente une série de résultats expérimentaux de résistivité des métaux fondus. Sont exposées en parallèle les différentes méthodes de mesure utilisées. En retour, l’auteur vient apporter un nouvel éclairage à la théorie de la conduction dans les métaux.
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Jean-Louis BRETONNET : Docteur ès Sciences Physiques - Professeur à l’Université de Metz - Laboratoire de Physique des Liquides Métalliques
INTRODUCTION
Les métaux, qui sont d’excellents conducteurs d’électricité et de chaleur, occupent une place spéciale dans l’étude des états de la matière. D’ailleurs, s’il fallait définir un corps métallique au moyen d’une propriété unique, la meilleure serait incontestablement son coefficient thermique de résistivité. En effet, l’état métallique est caractérisé par une résistance électrique faible qui augmente avec la température et qui double sensiblement à la fusion.
L’étude, tant expérimentale que théorique, des propriétés de transport électronique des métaux et alliages à l’état liquide a subi un regain d’intérêt, dans les années soixante, grâce aux travaux de Ziman et de ses collaborateurs . Ces auteurs ont développé une théorie de la résistivité et du pouvoir thermoélectrique, résultant de la conjugaison de la théorie électronique des métaux et de la théorie des fluides classiques.
Néanmoins, pour une étude élémentaire de la résistivité, on peut utiliser la théorie classique des électrons libres, élaborée par Drude au début du siècle. Dans celle-ci on néglige les actions réciproques des ions avec les électrons de conduction et l’on admet que ces derniers sont entièrement libres de se mouvoir au sein de l’échantillon. Le principal succès de cette théorie a été la justification de la relation de Wiedemann et Franz entre les conductivités électrique et thermique, qui avait été établie expérimentalement quelque temps auparavant. Cependant, même dans le cas des métaux qui se rapprochent le plus du modèle des électrons libres, tels que le sodium, le cuivre et l’argent, il n’est pas correct de négliger l’influence de l’attraction électrostatique des ions sur la distribution des charges électroniques, c’est pourquoi, en dépit de ses succès, la théorie de Drude a rencontré de sérieuses difficultés. Les plus importantes concernaient la chaleur massique, beaucoup plus élevée qu’elle ne l’est en réalité, et la loi de variation de la résistivité avec la température en T1/2, qui varie, en fait, proportionnellement à la température.
Cet article présente une sélection des résultats expérimentaux de la résistivité des métaux fondus. Néanmoins, une place est réservée à l’exposé succinct de la théorie de la conduction dans les métaux ainsi qu’à la description des principales techniques de mesure de la résistivité des métaux liquides.
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Conduction dans les métaux
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3. Discussion des résultats expérimentaux
Le tableau 1 contient, pour chaque élément, les valeurs de la résistivité ρs à l’état solide juste avant la fusion, ainsi que la résistivité ρL à l’état liquide en fonction de la température. Pour certains métaux de nombreux résultats ont été publiés ; un seul d’entre eux a été sélectionné puis proposé sous forme polynomiale en fonction de la température. Il correspond à la première référence située dans la dernière colonne, mais, dans la mesure du possible, d’autres références ont été citées. Le domaine de température exploré, la précision des mesures et le rapport des résistivités dans les états solide et liquide, à la température de fusion, ont également été présentés dans le tableau.
À part le sélénium et le tellure, qui restent semiconducteurs à l’état liquide, la plupart des liquides se comportent de manière typiquement métallique, avec une résistivité qui augmente faiblement en fonction de la température.
Pour les métaux alcalins liquides, la variation de ρ avec la température s’écarte sensiblement de la loi linéaire ; le lithium est le seul métal pour lequel ¶ρ / ¶T diminue avec la température, sans que l’on puisse dire si ρ passe par un maximum. D’autre part, à température constante, la résistivité des alcalins, à l’exception du lithium, est proportionnelle au numéro atomique et le rapport ρL / ρs à la fusion est de l’ordre de 1,5.
Les métaux alcalino-terreux peuvent être considérés comme les précurseurs des métaux de transition, avec en plus une valence bien définie (Z = 2). Il faut noter ici les valeurs très dispersées de leur résistivité. Tandis que la résistivité du strontium est grande, comparable à celles du mercure et des métaux de transition, celles du magnésium et du calcium sont faibles et semblables à celles des métaux simples (Al, Ga, etc.). Mais parmi les métaux liquides purs, le baryum est incontestablement celui qui possède la plus forte résistivité (338 µΩ · cm).
On peut constater que la résistivité des métaux de transition liquides...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - ZIMAN (J.M.) - * - Phil. Mag., 6, p. 1013, (1961). Adv. Phys. 13, 89, (1964).
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(2) - PASCAL (P.) - Nouveau Traité de Chimie Minérale - , T5, Masson et Cie, Paris, p. 500 (1977).
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(3) - GASSER (J.G.) - Contribution à l’étude des propriétés électroniques, résistivité et pouvoir thermoélectrique, d’alliages de métaux polyvalents et de transition à l’état liquide - . Université de Metz. Thèse d’État (1982).
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(4) - VAN DER PAUW (L.J.) - * - Philips Res. Repts 13, 1 (1957).
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(5) - TSCHIRNER (H.U.), UHLIG (K.) - * - Exp. Techn. der Physik 32, 255 (1984).
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(6) - SEYDEL (U.), FUCKE (W.) - * - J. Phys. F : Metal Phys. 10, L203 (1980).
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